Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса и задачи исследования . 11
1.1. Состояние энергетики в Казахстане
1.1.1. Состояние сельских распределительных сетей в Костанайской области Северного Казахстана
1.2. Существующие типы закрепления свободностоящих железобетонных опор в грунте
1.3. Обзор повреждений изоляторов, проводов и причин их возникновения
1.3.1. Причины возникновения колебаний проводов .
1.4. Существующие конструкции и принцип работы гасителей вибрации проводов
1.5. Показатели наджности воздушных линий электропередачи сельских распределительных сетей
1.6. Выводы и задачи исследования .
Глава 2. Теоретические предпосылки обеспечения работоспособности ВЛ-35 кВ сельских распределительных сетей
2.1. Экономический критерий обеспечения работоспособности ВЛ-35 кВ .41
2.2. Взаимосвязь показателей надежности и экономической эффективности функционирования ВЛ-35 кВ
2.3. Вывод соотношения величин средних наработок между отказами ВЛ-35 кВ при различных типах закрепления стоек железобетонной опоры в обводннных грунтах 45
2.4. Взаимосвязь дополнительных капиталовложений с новой массой системы ВЛ-35 кВ . 51
2.5. Модель надежности ВЛ-35 кВ 54
2.6. Целевая функция оптимизации коэффициента готовности ВЛ-35 кВ
сельских распределительных сетей 60
2.7. Выводы 61
Глава 3. Методика проведения исследований . 63
3.1. Методика оценки параметров целевой функции 63
3.1.1. Методика оценки коэффициента готовности . 64
3.1.1.1. Методика оценки потока параметра отказов (интенсивности отказов) и интенсивности восстановлений опор, изоляторов и проводов 64
3.1.2. Методика оценки наработки между отказами и времени восстановления ВЛ-35 кВ 66
3.1.3. Методика оценки активной мощности 68
3.1.4. Методика оценки экономических показателей . 69
3.2. Конструкция предлагаемых технических средств для обеспечения работоспособности ВЛ-35кВ в обводннных грунтах 69
3.2.1. Обоснование нового типа закрепления в грунте свободностоящих железобетонных опор . 69
3.2.2. Методика расчта массы системы «опора-изолятор-провод» в базовом и новом вариантах 72
3.2.3. Методика определения углов поворота железобетонной опоры ВЛ-35кВ при существующих типах закрепления в функции от вида грунта и его механических характеристик . 75
3.2.4. Методика определения углов поворота железобетонной опоры ВЛ-35кВ, при предлагаемом типе закрепления в обводннном грунте 77
3.2.5. Анализ влияния увеличения площади контакта с грунтом боковой поверхности мембранного фундамента на отпор грунта горизонтальному смещению и повороту опоры в обводннном грунте 79
3.2.6. Обоснование конструкции аэродинамического гасителя колебаний проводов ВЛ-35 кВ 80
3.2.7. Конструкция и принцип работы аэродинамического гасителя колебаний проводов . 83
3.3. Методика оценки сходимости результатов теоретических исследований и экспериментальных данных . 85
3.4. Выводы 87
Глава 4. Результаты экспериментальных исследований и их анализ . 89
4.1. Результаты оптимизации параметра устойчивости опор 89
4.1.1. Результаты оценки среднего времени восстановления ВЛ-35 кВ сельских распределительных сетей 89
4.1.2. Результаты оценки интенсивностей отказов и восстановлений опор, изоляторов и проводов. 91
4.1.3. Результаты оценки базового коэффициента готовности и базовой средней наработки между отказами ВЛ-35 кВ . 92
4.1.4. Результаты оценки средней стоимости устранения отказов . 93
4.1.5. Результаты оценки удельного ущерба 93
4.1.6. Результаты оценки активной мощности 94
4.1.7. Результаты оценки базовых капиталовложений . 94
4.1.8. Результаты теоретической оптимизации коэффициента готовности и параметра типа закрепления опор . 95
4.2. Результаты разработки средства для повышения устойчивости опор 96
4.2.1. Результаты обоснования нового типа закрепления опор в грунте на основе типового подножника ФС1-4 . 96
4.2.2. Результаты расчта новой массы системы «опора-изолятор-провод» 98
4.2.3. Результаты определения углов поворота железобетонной опоры ВЛ-35кВ при различных типах закрепления в грунте 99
4.2.4. Результаты расчта коэффициента К , устанавливающего зависимость между средней наработкой между отказами ВЛ-35кВ по причине нарушения устойчивости опор при различных типах закрепления в грунте 104
4.2.5. Результаты производственного эксперимента 105
4.3. Результаты оценки наджности ВЛ-35 кВ после внедрения мероприятий по обеспечению е работоспособности 106
4.4. Результаты оценки сходимости теоретических и экспериментальных исследований 108
4.5. Аэродинамический гаситель колебаний проводов как средство повышение наджности ВЛ-35 кВ 109
4.6. Экономическая эффективность внедрения предлагаемого типа закрепления железобетонных опор в обводннных грунтах. 110
4.7. Выводы 111
Основные выводы 114
Литература .
- Обзор повреждений изоляторов, проводов и причин их возникновения
- Методика оценки потока параметра отказов (интенсивности отказов) и интенсивности восстановлений опор, изоляторов и проводов
- Методика оценки сходимости результатов теоретических исследований и экспериментальных данных
- Результаты определения углов поворота железобетонной опоры ВЛ-35кВ при различных типах закрепления в грунте
Введение к работе
Актуальность работы. Надежное функционирование электросетей, обеспечивающих электроэнергией предприятия сельскохозяйственного производства, является актуальной проблемой в связи с сезонностью полевых работ, сроками хранения и переработки скоропортящихся продуктов, специфическими природно-климатическими условиями равнинной сельской местности.
Эта проблема актуальна и для Костанайской области Северного Казахстана, которая является одним из крупнейших производителей товарной пшеницы во всем постсоветском пространстве СНГ. В настоящее время в обслуживании электроэксплуатационных предприятий Костанайской области находится более 5200 км линий электропередач сельских распределительных сетей напряжением 35 кВ. Часть территорий, на которых расположены трассы ВЛ-35 кВ, в настоящее время оказались в зоне обводнения. Обводнение вызвано непредвиденным подъемом грунтовых вод даже в ранее засушливых районах области. По данным ТОО «Коста-найводпроект», в низменной местности грунтовые воды выходят на поверхность земли и сохраняются там до конца июня – начала июля. В этих условиях нарушается устойчивость железобетонных (ж.б.) опор ВЛ вплоть до их падения. Существующие способы закрепления промежуточных ж.б. опор в обводненных грунтах являются недостаточно эффективными. Нарушению устойчивости опор способствует значительная ветровая нагрузка в V районе по величине скоростного напора и скорости ветра, присущая некоторым территориям Костанайской области.
Таким образом, задача по обеспечению работоспособности сельских распределительных сетей, трассы которых расположены на обводненных территориях, путем повышения устойчивости свобод-ностоящих ж.б. опор является актуальной, требующей дальнейшего развития и совершенствования.
Исследования проводились в соответствии с общими тенденциями развития экономики РК, заложенными в «Стратегии индустриально-инновационного развития на 2003–2015 гг.».
Цель исследования. Обеспечение длительности работоспособного состояния ВЛ-35 кВ сельских распределительных сетей,
расположенных на обводненных территориях, путем повышения устойчивости их опор.
Из поставленной цели вытекают задачи исследования:
-
Обосновать взаимосвязь между показателями экономичности и надежности ВЛ-35 кВ сельских распределительных сетей, расположенных в обводненных грунтах.
-
Обосновать математическую модель надежности ВЛ-35 кВ сельских распределительных сетей.
-
Разработать методику определения рационального параметра типа закрепления в грунте свободностоящих ж.б. опор на конических центрифугированных стойках для ВЛ-35 кВ сельскохозяйственного назначения.
-
Разработать технические средства для повышения устойчивости опор ВЛ-35 кВ, расположенных в обводненных грунтах.
Объект исследования. Метод установления рационального параметра типа закрепления ж.б. опор ВЛ-35 кВ сельскохозяйственного назначения, расположенных в обводненных грунтах.
Предмет исследования. Взаимосвязь параметра типа закрепления опоры с коэффициентом готовности и экономическими показателями функционирования ВЛ-35 кВ сельскохозяйственного назначения на обводненных территориях.
Научная новизна основных положений, выносимых на защиту:
-
Установлена взаимосвязь между показателями надежности и экономичности ВЛ-35 кВ. Обоснован параметр нового типа закрепления опор ВЛ-35 кВ сельских распределительных сетей в обводненных грунтах.
-
Разработана математическая модель надежности ВЛ-35 кВ сельскохозяйственного назначения для стационарного участка ее работы, позволяющая получать численные значения коэффициента готовности.
-
Предложена методика оценки рационального параметра типа закрепления свободностоящих ж.б. опор на конических центрифугированных стойках при их эксплуатации в обводненных грунтах.
Практическая ценность работы и ее реализация: 1. Разработанная модель надежности позволяет получить значения коэффициента готовности с учетом интенсивностей отказов
и восстановлений основных элементов ВЛ-35 кВ сельских распределительных сетей.
-
Полученная взаимосвязь между показателями экономичности и надежности позволит принять обоснованное решение при выборе типа закрепления свободностоящих ж.б. опор в обводненном грунте.
-
Разработан новый тип закрепления в обводненном грунте свободностоящих ж.б. опор на конических центрифугированных стойках, позволяющий повысить коэффициент готовности ВЛ-35 кВ сельскохозяйственного назначения за счет обеспечения устойчивости опор их ВЛ. Новизна технического решения подтверждена двумя патентами РК.
-
Разработанная конструкция аэродинамического гасителя колебаний проводов способствует повышению устойчивости опор ВЛ-35 кВ в V районе по величине ветровой нагрузки. Новизна технического решения подтверждена патентом РФ.
-
Предлагаемый тип закрепления ж.б. опор на конических центрифугированных стойках может быть использован проектно-конструкторскими и эксплуатационными организациями. Данный тип закрепления принят к внедрению в ТОО «ГиП Проект» и в ТОО «Межрегионэнерготранзит» г. Костаная.
-
Материалы теоретических и экспериментальных исследований по теме «Обеспечение работоспособности воздушных линий 35 кВ сельских распределительных сетей, расположенных в обводненных грунтах» используются в курсе лекций по дисциплинам «Эксплуатация электрооборудования», «Эксплуатация систем электроснабжения» и «Надежность электроснабжения» в ЧГАА.
Апробация работы. Основные положения и результаты исследований обсуждались на международных научно-технических конференциях: «Социально-экономические и экологические проблемы в сельском хозяйстве России и стран СНГ» ( г. Оренбург, 2006 г.), «Сат-паевские чтения» ( г. Павлодар, 2006 г.); «Наука и технологии: шаг в будущее 2006» ( г. Белгород, 2006 г.); «Сто лет маслодельной кооперации» (г. Куртамыш, 2007 г.); «Klicove aspekty vedecke cinnosti – 2008» (Praha, 2008); «Современные направления теоретических и прикладных исследований 2009» (г. Одесса, 2009 г.); «Wschodnia spolka – 2009» (Przemysl, 2009 г.); «Аграрная наука – основа инновационного
развития АПК» (г. Курган, 2011 г.); «Актуальные проблемы энергетики АПК» (г. Саратов, 2011 г.); «Perspekty wiczne opracowania sa nauka i technikami – 2011» ( г. Белгород, 2011 г.), «Достижения науки – агропромышленному производству» (г. Челябинск, 2011–2013 гг.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 26 научных работ, в том числе 5 в изданиях, рекомендуемых ВАК РФ, и три патента на изобретение.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 165 страницах машинописного текста, в том числе 124 страницах основного текста, содержит 31 рисунок, 19 таблиц, состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка используемой литературы и приложений. Список используемой литературы включает в себя 96 наименований.
Обзор повреждений изоляторов, проводов и причин их возникновения
При обтекании проводов и тросов потоком воздуха, направленного поперк линии, с подветренной стороны провода возникают завихрения [6]. Вихри периодически срываются, а на их месте возникают новые вихри с противоположным направлением вращения. Процесс непрерывно повторяется. Частота, образования вихрей прямо пропорциональна скорости ветра и обратно пропорциональна диаметру провода. Образование вихрей влечт за собой появление импульсов силы, действующих на провод то снизу, то сверху. При совпадении частоты образования вихрей с одной из собственных частот колебаний натянутого в пролте провода наступает резонанс и на длине пролта образуется ряд стоячих волн вибрации. Наименьшая скорость ветра, при которой возникает вибрация в диапазоне 0,6-0,8 м/с, при скоростях ветра от 1 до 4 м/с происходит наиболее интенсивная вибрация. Заметная вибрация возникает при скорости ветра 10-12 м/с. Физически вибрация – это колебания провода с большой частотой (5…60 Гц) и малой амплитудой (2…35 мм), с длиной волны 1…10 м [6, 37].
При расположении опоры в обводннном грунте под воздействием знакопеременной ветровой нагрузки на провод и молниезащитные тросы возникает вибрация последних. Вибрация проводов, действуя на опоры, раскачивает их, что в свою очередь приводит к ослаблению закрепления в грунте и нарушению устойчивости опоры. Это обстоятельство предполагает разработать техническое решение для снижения колебаний проводов ВЛ электропередачи, расположенных в V районах по величине скоростного напора и скорости ветра, для обеспечения устойчивости опор. 1.4 . Существующие конструкции и принцип работы гасителей вибрации проводов
Для предотвращения опасных последствий вибрации применяются гасители вибрации, поглощающие энергию вибрирующих проводов. Ниже рассмотрены конструкции и принцип работы наиболее известных гасителей колебаний, существующих на практике и предложенных в патентах на изобретения.
Одним из способов уменьшения отклонения проводов от их статического расположения является подвешивание дополнительных грузов (балластов), величины которых рассчитываются в каждом конкретном случае.
В [83] приведены типы и характеристики некоторых гасителей вибрации типа ГВН, ГПГ и ГПС. Гасители всей типов снабжены плашками с пониженными магнитными потерями. Марки гасителей выбираются в зависимости от типа провода, длины пролта и тяжения. В тех случаях, когда подвеска дополнительных грузов недопустима, применяют оттяжки, прикреплнные к подвесным зажимам через гирлянду изоляторов. В общем случае применяемые в настоящее время конструкции устройств для гашения колебаний проводов можно разделить на четыре группы: механические (рисунки 1.5, 1.6, 1.7, 1.8, 1.13), петлевые (рисунок 1.9); с упругими ограничителями (рисунок 1.10); аэродинамические (рисунки 1.11, 1.12).
В свою очередь по конструкции механические гасители представляется возможным подразделить на следующие подгруппы: с подпружиненными грузами, закрепленными непосредственно на проводе; с дополнительными грузами в корпусе, закреплнными непосредственно на проводе; с грузами на упругом элементе, прикреплнном к проводу; маятниковые; инерционно-динамические. Аэродинамические гасители можно разделить на две группы: безлопастные; лопастные. На рисунке 1.5 представлена схема механического гасителя с подпружиненным грузом, закреплнным непосредственно на проводе [3]. Гаситель содержит груз 1, подвешенный на нити 2, закреплнной на ролике 3, установленном на проводе 4. Пружина 5, надетая на провод 4, закреплена одним концом на нм жстко зажимом 6, а другим соединена с роликом 3.
Гаситель колебаний проводов с одним подпружиненным грузом Установка позволяет гасить маятниковые колебания проводов ВЛ электропередачи напряжением до 35 кВ.
На рисунке 1.6 изображн гаситель [82], состоящий из груза 1 в виде корпуса 2 с полостью 3 для размещения дополнительных грузов 4. Гаситель закреплн на проводе 6 с помощью зажима 5. В торцевой части 7 корпуса 2 расположено резьбовое отверстие 8 с пробкой 9 для загрузки в корпус 2 основного груза 1 дополнительного груза 4. При возникновении колебаний провода 6 от ветровой нагрузки за счт соударения дополнительных грузов 4 с корпусом 2 основного груза 1 ускоряется процесс гашения колебаний провода 6. На рисунке 1.7 представлена конструктивная схема гасителя колебаний с грузами на упругом элементе [9]. В настоящее время по подобной схеме изготовляют стандартные виброгасители, например ГВН-2-13 и ему подобные.
На гибком элементе (стальном канате) 1 подвешены основные грузы 2, в корпусы которых заложены дополнительные грузы 6, устанавливаемые в корпус 2 через отверстие с заглушкой 7. Принцип работы идентичен работе гасителя на рис. 1.6. В стандартных гасителях типа ГВН дополнительные грузы отсутствуют.
На рисунке 1.8 представлен дистанционный маятниковый гаситель колебаний для проводов расщеплнной фазы воздушной ЛЭП [18]. Гаситель состоит из тяги 3, двух обрезиненных втулок 9, закреплнных симметрично продольной оси 11 тяги 3, и двух приливов 12, выполненных на внешней поверхности обоймы 5 на расстоянии от втулок 9, закреплнных в корпусе 2 симметрично одна другой на прямой 10 перпендикулярно поверхности обоймы Рисунок 1.8 - Маятниковый гаситель колебаний для проводов расщеплнных фаз
на расстоянии от втулок 9. При небольших амплитудах колебаний происходит обжатие только эластомерных вкладышей 8, расположенных внутри обоймы 5.
При возрастании амплитуд колебаний проводов тяги 3 по числу проводов расщеплнных фаз, соединнные с проводом 1 зажимами 7, расположенными на концах 6 тяг 3, поворачиваются до соприкосновения приливов 12, с втулками 9. При этом увеличивается демпфирование колеблющихся проводов, что повышает наджность работы ЛЭП. Корпус 2 прикрепляется к металлоконструкции опоры.
На рисунке 1.9 изображн петлевой гаситель колебаний проводов ЛЭП [10]. Здесь 1 - опора ЛЭП, 2 - траверса, 3 - изолятор, 4 - провод, 5 -поддерживающий зажим, 7 - гибкий элемент, 8 - петля гибкого элемента, 9 - узел крепления гибкого элемента 7 к проводу 4, 11 - осевая линия изолятора. Колебания проводов фаз и тросов ЛЭП возбуждают колебания гибких элементов 7 петлевых гасителей 6. При этом в центральных петлях 8 возникают крутильные и поперечные колебания, что повышает эффективность процесса диссипации энергии колебаний провода.
Методика оценки потока параметра отказов (интенсивности отказов) и интенсивности восстановлений опор, изоляторов и проводов
Наработка между отказами - это наработка объекта от окончания восстановления его работоспособного состояния после отказа до возникновения следующего отказа [27]. Наработка между отказами является техническим параметром, характеризующим наджность восстанавливаемого объекта. Расчт средней наработки между отказами ВЛ-35 кВ сельских распределительных сетей в системе рассматриваемых элементов определяется как величина обратная интенсивности отказов рассматриваемой системы или рассчитывается по формуле (2.7).
Для ремонтируемых изделий удобным для практики критерием наджности является время работы между двумя соседними отказами, или интервал времени между двумя последовательными отказами восстанавливаемого изделия [4]. Восстановление отказавшего элемента часто требует времени, которым нельзя пренебречь. Среднее время восстановления системы ТВс- это математическое ожидание времени восстановления работоспособного состояния системы объектов после отказа [27]. Среднее время восстановления системы ВЛ-35 кВ сельских распределительных сетей при устранении аварийных отказов определяется по методике [89] ТВс= вГт,, (3.4) где N- число элементов; tm - время восстановления i-го элемента системы; тг доля (вес) отказов i-го элемента в общем числе отказов элементов системы за рассматриваемый период эксплуатации.
В свою очередь доля отказов каждого элемента в общем числе зафиксированных отказов рассчитывается по формуле: т = ; ти= ; ти= , (3.5) on N us N us N где mon, mU3, mnp - величина долей отказов соответственно опор, изоляторов и проводов в общем потоке зафиксированных отказов ВЛ-35 кВ; поп, пиз, ппр - число аварийных отказов соответственно опор, изоляторов и проводов в отдельности; -суммарное число аварийных отказов за рассматриваемый период эксплуатации.
Среднее время восстановления каждого элемента системы в отдельности определяется по данным энергоэксплуатационной организации, обслуживающей ВЛ электропередачи сельских распределительных сетей, по формуле: tBi=t.l + T , (3.6) где t- норма времени на дневной осмотр [54], ч/10 км; rs -суммарная трудомкость устранения отказа /-го элемента, чел.ч; и. -численность ремонтной бригады, чел; /-количество участков трассы протяжнностью 10 км в общей протяженности при осмотре (приведено к 30 км по данным эксплуатационных организаций).
На основании полученных данных по формуле (3.4) определяется среднее время восстановления ВЛ-35 кВ ТВс, численное значение которого будет использоваться в дальнейшем для определения затрат на восстановительные работы. 3.1.3. Методика оценки активной мощности
К проблеме энерго и ресурсосбережения относится повышение наджности электроснабжения, так как внезапное прекращение питания электроэнергией может привести к большим убыткам [96] сельских товаропроизводителей.
Режим работы электрической системы характеризуется значениями показателей е состояния, называемых параметрами режимов. Все процессы в электрических системах можно охарактеризовать тремя параметрами: напряжением, током и активной мощностью [41].
По известной из электротехники зависимости активная мощность трхфазного переменного тока определяется по формуле [31, 41]: Р = л/зI-U-со8 , кВт, (3.7) где I - ток в одной фазе, А; U - линейное напряжение, кВ; cos - коэффициент мощности. Угол (р указывает сдвиг по фазе тока и напряжения.
При использовании на ВЛ-35 кВ провода АС95/16 с учтом экономической плотности тока и площади поперечного сечения провода сила тока равна: Активная мощность определяется с целью использования е в технико-экономических расчтах для определения экономического ущерба при аварийных отключениях ВЛ. 3.1.4. Методика оценки экономических показателей
Расчт средней стоимости устранения одного отказа, приводившего к аварийному отключению ВЛ-35 кВ, рассчитывается по формуле (2.3), представленной во второй главе настоящей работы.
Стоимость выправки одностоечной ж.б. опоры напряжением 35 кВ принята на основании ведомственных укрупннных единичных расценок на ремонт и техническое обслуживание электрических сетей энергообъединений [16], с учтом предельного индекса в текущие цены 2011-2012 гг. равного 13,32 и НДС.
Замена одного изолятора ПС-70Е с учтом стоимости изолятора принята на основании [16] с аналогичным индексом пересчта и величиной НДС.
Замена участка провода АС95/26 с учтом стоимости провода длиной 15 м и стоимость ригеля АР-6 с установкой его к ж.б. опоре принята на основании [16] с индексом пересчта в текущие цены 6,22 и величиной НДС.
Стоимость установки ж.б. опоры ВЛ-35 кВ на стойке СК22.1-1.1 в сверленые котлованы принята по калькуляции ТОО «Гип ПРОЕКТ» г. Костяная с учтом индексов пересчта в текущие цены и НДС.
Методика оценки сходимости результатов теоретических исследований и экспериментальных данных
Как указывалось в главе 1, причинами нарушения устойчивости опор, является наблюдающееся в последнее десятилетие обводнение территорий, по которым проходят трассы ВЛ-35 кВ. На участках, подверженных наиболее частому обводнению, опоры устанавливаются в грунт с ригелями по одному из принятых в настоящее время типу закрепления (рис. 1.1-1.4). Однако закрепления в грунте с ригелями в ряде случаях не обеспечивает наджную устойчивость опор в насыщенных водой грунтах с консистенцией в пределах 0,5 IL 0,75 в суглинках и глинах, в песках и при 0 /L 1 в супесях [44]. Поэтому для повышения устойчивости свободностоящих ж.б. опор предложен новый тип их закрепления в обводннных грунтах - в фундамент на базе типового подножника ФС1-4 для особо слабых грунтов [22, 33]. Конструкция предложенного фундамента представлена в главе 3. При расположении в нм опоры ПБ35-3.1т на стойке СК22.1-1.1 проверочный расчт основания фундамента на сжатие, на вырывание и по несущей способности показал, что все расчтные параметры находятся в пределах допустимого по нормативам [62].
В разделе 3.2.5 было отмечено, что величина отпора грунта горизонтальному перемещению нижней части опоры пропорциональна площади контакта е боковой поверхности с грунтом. На основании приведенных выражениях (3.26 3.28) площадь боковой поверхности опоры при установке в грунт по типу АН с одним ригелем АР-6 равна 3,375 м2; по типам АШ, ВП, ВШ с двумя ригелями АР-6 площадь равна 4,8 м2; по типу ВIV с тремя ригелями - 6,225 м2, при новом типе закрепления опоры в фундамент предложенной конструкции -7,83 м2.
Таким образом, площадь контакта боковой поверхности опоры, расположенной в фундаменте, больше площади контакта с грунтом боковой поверхности стойки с одним ригелем АР-6 в 2,32 раза, с двумя ригелями в 1,63 и с тремя ригелями - в 1,26 раза. Следовательно, отпор грунта горизонтальному смещению и повороту опоры при установке е в грунт на фундаменте увеличивается в 1,26-2,32 раза [74].
Ниже в разделе 4.2.4 будет показано, что наработка между отказами ВЛ-35 кВ с учтом отказов, вызванных нарушением устойчивости опор, при установке опоры в грунт по предложенному типу закрепления увеличивается в 1,882,57 раза. 4.2.2. Результаты расчёта новой массы системы «опора-изолятор-провод»
Для обеспечения работоспособности ВЛ-35 кВ сельских распределительных сетей, расположенных в обводнённых грунтах, предлагается устанавливать опору по новому типу закрепления в фундамент предложенной конструкции. Фундамент представляет единое целое с системой «опора-изолятор-провод». Крен фундамента в грунте определяет угол поворота опоры от её вертикального положения /?, рад.
В свою очередь, для расчёта крена фундамента по формуле (3.22) необходимо знать вертикальную нагрузку на фундамент, которая помимо базовой массы системы «опора-изолятор-провод» включает вес фундамента, бетонной заделки стойки опоры в фундамент и вес грунта, расположенного на опорной плите фундамента. Расчёт базовой и новой массы рассматриваемой системы ВЛ-35 кВ осуществлялся на основании формул (3.10-3.19). Исходные данные для расчёта принимались согласно [5, 26, 32, 62, 68, 81]. Расчёт базовой и новой масс системы «опора-изолятор-провод» представлен в приложениях 3 и 4. Базовая масса составила тя=6-103кг. Приведенные в разделе 3.2.2 формулы (3.11-3.19) позволяет рассчитать новую массу системы с учётом массы грунта обратной засыпки угр=1,7 т/м 3 [62]. Расчётное значение новой массы системы «опора-изолятор-провод» равно шя= 51,987-103 кг. Расхождение с новой массой, соответствующей оптимальному значению коэффициента готовности, составляет 3,3 %.
Наличие рёбер жёсткости на фундаменте предложенной конструкции способствует увеличению сопротивления горизонтальному смещению и повороту опоры в обводнённом грунте, что дополнительно к увеличению массы системы способствует повышению её устойчивости. 4.2.3. Результаты определения углов поворота железобетонной опоры ВЛ-35 кВ при различных типах закрепления в грунте
Устойчивость опоры характеризуется изменением угла поворота е от вертикального положения в течение заданного периода эксплуатации ВЛ под действием горизонтальной сдвигающей силы и опрокидывающего момента.
С целью определения уровня повышения устойчивости опор, установленных в грунт на ригелях и по предложенному типу закрепления, определим расчтные значения углов поворота опоры от вертикального положения под действием нормативных нагрузок согласно методике, изложенной в разделе 3.2.3. В таблице П4 приложения 5 приведены значения коэффициентов, входящих в формулы (3.20), (3.22) и (3.23) [62, 68]. Значения нормативных и расчтных моментов указаны в таблице 4.6 и П5, П6 приложения 6 [68]. Расчт углов поворота ж.б. опоры ПБ35-3.1т на стойке СК22-1.1, установленной в грунт по предложенному типу закрепления, проведн согласно методике, изложенной в разделе 3.2.4.
Типы закрепления опоры ПБ35-3.1т на стойке СК22.1-1.1 с проводом АС95/16 в грунтах с ненарушенной структурой и соответствующие им предельные табличные и расчтные значения углов поворота от вертикального положения в сравнении с углом поворота опоры, установленной в грунт по предложенному типу закрепления приведены в таблице 4.6. Составленные аналогично соотношения углов поворота при установке опоры в грунт в сверлных котлованах с банкетками и ригелями и в копаных котлованах с ригелями без банкетки и с банкеткой приведены в таблицах П5 и П6 приложения 6.
Результаты определения углов поворота железобетонной опоры ВЛ-35кВ при различных типах закрепления в грунте
По данным энергоэксплуатационных организаций принимаем средний пролёт между промежуточными опорами ВЛ-35 кВ 120 м. Масса системы «опора-изолятор-провод» в новом тн и базовом тБ вариантах складывается из массы опоры с металлоконструкцией топ [38]; массы гирлянд изоляторов ПС-70Д в составе трёх изоляторов в гирлянде тиз [32]; массы трёх сталеалюминниевых проводов АС95/16 на пролёте 120 м для одноцепной ВЛ-35 кВ тпр [5], массы молниезащитного троса из стального оцинкованного каната ЛК-0 ттр ГОСТ 3062 80 [32]; массы шести гасителей вибрации проводов тгас [5]; массы двух узлов крепления молниезащитного троса туз [32]; массы грунта обратной засыпки угр [62]; массы ригеля АР-6 триг [84]; массы фундамента тф (приложение 3); массы бетонной заделки тбетзад по формуле (3.19) (приложение 3); массы грунта на опорной плите фундамента тгв [62].
Исходные данные для определения опрокидывающих моментов и расчтных углов поворота опоры ПБ35-3.1т на стойке СК22.1-1.1 с проводом АС95/16
Методика определения углов поворота опоры ПБ35-3.1т на стойке СК22.1-1.1 с проводом АС95/16 изложена в разделе 3.2.3.
Для определения типа закрепления опоры в грунте и соответствующего ему углу поворота в основании стойки по справочным таблицам [68] в функции от вида грунта, его консистенции и провода АС 95/16 находим предельный опрокидывающий момент Мп, кН/м. По формуле (3.20) определяем расчтный момент Мр, кН/м.
Значение параметров, входящих в формулу (3.20): 1. Коэффициент наджности для промежуточной опоры КН = 1 [62, 68]. 2. Коэффициент КМ=1, т.к. высота приложения горизонтальной сдвигающей силы Q, создающей опрокидывающий момент, Я = 20м [68]. 3. Коэффициент условий закрепления тз определяется по [68] в функции от вида грунта и его консистенции. Значения коэффициентов тз представлены в таблице П4.
На основании величины расчтного момента Мр по справочным таблицам [68] находим рекомендованный тип закрепления опоры в грунте по величине момента, максимально приближнного к расчтному и отличающегося от него в меньшую сторону. По смежной таблице [68] определяем соответствующий выбранному типу закрепления угол поворота рТ, рад.
Величину предельной нормативной горизонтальной сдвигающей силы Qп =10, кН находим по таблице [68] в функции от напряжения на ВЛ, типа опоры и марки провода. По этой же таблице определяем нормативную горизонтальную сдвигающую силу QH = 9 кН по второму предельному состоянию (по деформациям)
Нормативные и расчтные значения углов поворота опоры ПБ35-3.1т на стойке СК22.1-1.1 с проводом АС95/16 при установке е в сверлные котлованы с ригелями и банкетками и по предложенному типу закрепления в грунте Продолжение приложения 8 Площадь критического сечения (выходного сечения входного сопла) при диаметре dкр = 45 мм fкр = /2 = 1589,6 мм 2 . Отношение площадей выходного и входного сечений = 0,202. По условию неразрывности воздушной струи на выходе из входного сопла отношение давлений на выходе и входе входного сопла равно отношению площадей выходного и входного сечений, т.е. — = — = 0,202, где Р2 - давление в критическом сечении.
Установим соотношение между ветровой нагрузкой, действующей на провод, и реактивной силой сопротивления ветровой нагрузке, создаваемой аэродинамическим гасителем колебаний проводов.
Рассчитаем величину нормативной ветровой нагрузки на провод АС 95/16 в пролте 120м. Расчт выполнен по методике [60].
Нормативная ветровая нагрузка на провод, действующая перпендикулярно проводу, определяется по формуле: Р = aw-krkw-Cx-W-F-sin2 p, (П25) где aw -коэффициент, учитывающий неравномерность ветрового давления на провод ВЛ; к,- коэффициент, учитывающий влияние длины пролта на ветровую нагрузку; kw - коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте в зависимости от типа местности; Сх - коэффициент лобового сопротивления; W- нормативное ветровое давление, Па; F- площадь продольного диаметрального сечения провода, м2; р - угол между направлением ветра и осью ВЛ.
Величины коэффициентов представлены в [60]. Расчт выполнен для V района по величине ветровой нагрузки. При ветровом давлении 760 Па и более aw =0,7. к, = 1,1 при пролте 100м, к, =1,05 при 150 м. Методом линейной интерполяции принимаем для 120 м к, =1,08. kw =1 для местности типа А (степи). Для всех проводов и тросов, покрытых гололдом, и также свободных от гололда диаметром менее 20 мм Сх = 1,2. Для провода АС95/16 J = 13,5мм [5, 62]. Площадь продольного диаметрального сечения провода определяется по формуле: ) где d- диаметр провода, мм (13,5 мм для АС95/16 [62]); Кг и Kd коэффициенты, учитывающие изменение толщины стенки гололда по высоте в зависимости от диаметра провода; Ъу - условная толщина стенки гололда, мм; / длина ветрового пролта.
Для rf = 10мм Kd-1.0, для б/ = 20мм Kd-0,9. Методом линейной интерполяции определяем Kd =0,97. Kt =1,0. Ьу =15мм для V района по толщине стенки гололда [60]. По методике [62] рассчитываем высоту расположения приведнного центра тяжести проводов над поверхностью земли. Этот параметр необходим для определения поправочного коэффициента на возрастание напора ветра по высоте.
Высота опоры ПБ35-3.1т на стойке СК22.1-1.1 равна 22,6м [38]. Глубина установки опоры в грунт 3м, расстояние от верхнего конца стойки до верхней траверсы 1м, длина гирлянды изоляторов для провода АС95/16 0,7м [32]. Таким образом, высота расположения провода над землй // = 22,6-3-1-0,7 = 17,9 м. Согласно [60] поправочный коэффициент на возрастание скоростного напора ветра по высоте определяется методом линейной интерполяции при расположении приведнного центра тяжести всех проводов на высоте более 15 м от поверхности земли.
